Modification of zeolites for biosensor applications
Biyosensör uygulamalrı için zeolitlerin modifikasyonu
- Tez No: 489436
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ, PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Biyosensör alanında zeolitler, geniş yüzey alanları, mekanik ve kimyasal stabiliteleri, iyon değiştirme kapasiteleri ve kontrol edilebilir hidrofiliklik/hidrofobiklikleriyle gelecek vadeden malzemelerdir. Zeolitlerin toz formları, biyosensör üretiminde kullanılmalarına tek engeldir. Bu çalışmada, enzimlerin immobilizasyonunda zeolit kullanımının iyileştirilmesi ve optimize edilmesi için damlatarak kaplama ve polietilenimin (PEI) kaplama yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler, kondaktometrik, amperometrik ve iyon duyarlı alan etkili transistor (ISFET) bazlı biyosensörleri üretmek için uygulanmıştır. Silikalit ile damlatarak kaplama yöntemiyle geliştirilen kondaktometrik biyosensörler, sıklıkla kullanılan toksik kimyasal içeren ve enzimi kısmen denatüre eden glutaraldehit (GA) çapraz bağlama yöntemiyle üretilen biyosensörlerle karşılaştırılmıştır. Zeolit kullanımı hassasiyeti üçte bir oranında arttırmış ve tekrar elde edilebilirlik için relatif standart sapma (RSD) değerlerini yaklaşık olarak yarıya düşürmüştür. Üretilen biyosensörler, gerçek serum örneklerinde üre tayini için uygulanmış ve diasetil monoksim reaksiyonu ile karşılaştırıldığında tatmin edici bir korelasyon bulunmuştur. Bu nedenle, bu yöntemin gerçek örneklerde uygulanmasının kullanışlı olduğu öne sürülmektedir. Damlatarak kaplama yönteminin amperometrik biosensörlerde glikoz tayini için uygulanması, kalın zeolit tabakaları sebebiyle tepki sürelerinin uzamasına yol açmıştır; PEI yöntemi ile zeolit tabakaları inceltilmiş ve tepki süresi on kat azalmıştır. GA bazlı biyosensör hassasiyeti, nano beta (nano BEA) kullanılarak % 88 ve silikalit kullanarak % 34 oranında artmıştır. Dahası, zeolit kullanarak tekrarlanabilirlik RSD'si yarı yarıya azalmış ve tekrar elde edilebilirlik RSD'si üç kat azalmıştır. Sonuç olarak, bu tezde geliştirilen yöntemin amperometrik biyosensörlerin toksik bileşik kullanmadan üretiminde gelecek vadettiği bulunmuştur. PEI kaplama yöntemi ayrıca üre tayini için iyon seçici alan etkili transistörlerde uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, zeolitlerin PEI kaplama ile enzim adsorpsiyonunun, biyosensörlerin doğrusal aralığını arttırabileceğini ve herhangi bir toksik madde kullanmadan gelişmiş hasassiyet ile sinyal tekrarlanabilirlik ve tekrar elde edilebilirlik hatasının azalmasına sebep olacağını göstermiştir. Bu tez, ISFET bazlı biyosensörler üzerindeki kreatinin deiminazın (CD) adsorpsiyonu için zeolit ve altın nanoparçacıklarının katılımını inceleyen ilk çalışmadır. Damlatarak kaplanmış zeolit modifiye ISFET bazlı biyosensörlerin, analitik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla değişik zeolit yapılarının, parçacık boyutunun değişiminin ve zeolit üzerinde altının mevcudiyetinin (BEA-Gold) etkisi araştırılmıştır. BEA-Gold bazlı biyosensörlerin hassasiyeti GA bazlı biyosensöre göre üç kat artmıştır; bu sonuç ISFET bazlı biyosensörlerin özelliklerinin iyileştirilmesi için zeolit ile birlikte altın nanoparçacıklarının kullanılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In the field of biosensor, zeolites are promising materials due to their large surface areas, mechanical and chemical stabilities, ion exchange capacities and controllable hydrophilicity/hydrophobicity. The powder form of zeolites was the only obstacle of their utilization for biosensor fabrication. In this study, drop-coating and polyethylenimine (PEI) coating methods were developed for improving and optimizing the zeolite usage in immobilization of enzymes. These methods were applied for fabrication of conductometric, amperometric and ion sensitive field effect transistor (ISFET) based biosensors. The conductometric biosensors developed by drop coating method with silicalite were compared with biosensors produced by the frequently used glutaraldehyde (GA) cross-linking method which uses toxic reagent and partially denatures the enzyme. The usage of zeolite increased sensitivity by one-thirds and decreased relative standard deviation (RSD) values for inter-reproducibility by approximately half. The produced biosensors were applied for urea detection in real serum samples and a satisfactory correlation was found when compared with diacetyl monoxime reaction. It is therefore asserted that this method is useful for application in real samples. Application of drop-coating method in amperometric biosensors for glucose determination resulted in a prolonged response time due to thick zeolite layers, which were thinned by the PEI method and the response time decreased by a factor of ten. The sensitivity of GA based biosensor increased by 88% using nano beta (nano BEA) and by 34% using silicalite. Furthermore, RSD of reproducibility decreased by half and RSD of inter-reproducibility decreased significantly by a factor of three using zeolite. Consequently, the method developed in this thesis was found to be promising in the development of amperometric biosensors without using toxic compounds. PEI coating method was also applied to ion-sensitive field-effect transistors for urea determination. The obtained results showed that enzyme adsorption on PEI coating of zeolites can promote a wider linear range of biosensors and cause a decrease in the error of signal reproducibility and inter-reproducibility with enhanced sensitivity without using any toxic compounds. This thesis is the first to study the incorporation of zeolite and gold nanoparticles for adsorption of creatinine deiminase on ISFET based biosensors. The effect of different types of zeolite frameworks, particle size variation and the presence of gold on zeolites (BEA-Gold) were investigated to improve the analytical characteristics of drop-coated zeolite modified ISFET based biosensors. The sensitivity of BEA-Gold based biosensor increased three fold compared to GA based biosensors which showed that gold nanoparticles can be used with zeolite to improve the characteristics of ISFET based biosensors.
Benzer Tezler
- Preparation of functional surfaces using zeolite nanocrystals for biosensor and biomedical applications
Biyosensör ve biyomedikal uygulamalar için zeolit nanokristalleri kullanılarak fonksiyonel yüzeylerin oluşturulması
SALİH KAAN KİRDECİLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Immobilization of proteins on zeolite and zeo-type materials for biosensor applications based on conductometric biosensors and ion sensitive field effect transistors
Kondüktometrik ve iyon seçici alan etkili transistör tipli biyosensör uygulamalarında kullanılmak üzere proteinlerin zeolit ve zeolit benzeri malzemeler üzerine immobilizasyonu
ESİN SOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
YRD. DOÇ. DR. CAN ÖZEN
- Immobilization of zeolite crystals on solid substrates for biosensor aplications
Biyosensör uygulmaları için katı yüzeylere zeolit kristallerinin tutturulması
SEÇKİN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
YRD. DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
- Zeolitin asit-baz modifikasyonu ve modifiye zeolitin çevre koruma uygulamaları
Acid-base modification of zeolite and environmental protection applications of modified zeolite
ÖZLEM ÖTER
- Bigadiç klinoptilolit rezervinin NH+4 değişimi ve CO2 adsorpsiyonu yardımıyla karekterizasyonu
Başlık çevirisi yok
AHMET SİRKECİOĞLU
